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§4.3 固液相变与固气相变
、固液相变
①熔解物质从固态变成液态,叫做熔解。
对于晶体来说,熔解就是在一定的温度下进行的,该温度叫做这种晶体的熔点。晶体在熔解的过程中要吸收热量,但温度保持在其熔点不变,直至全部熔解为止。
对于大多数晶体,熔解时体积增大,但还有少数的晶体,如冰、铋、灰铸铁在熔解时体积反而缩小。
晶体的熔点与晶体的种类有关,对于同一种晶体,其熔点与压强有关。熔解时体积增大的物质,其熔点随压强的增加而增大,熔解时体积减小的物质,其熔点随压强的增大而减小。
晶体在熔解时,要吸收的热量,单位质量的某种物质,由固态熔解为液态时,所吸收的热量叫做物质的熔解热,记为λ,因此对质量为m的物体全部熔解所需吸收的热量
Q=λm。
②凝固物质由液相变为固相称为凝固。其中晶体的熔液凝固时形成晶体,这个过程又称为结晶。结晶的过程是无规则排列的粒子形成空间点阵的过程,在此期间,固、液两态平衡共存,温度保持不变。
在结晶过程中,单位质量的物质对外释放的热量称为凝固热。它与该物质在同温度下的熔解热相同。
、固气相变
物质从固态直接变为气态的过程叫做升华。从气态直接转变为固态的过程叫
凝华。常温常压下,干冰、硫、磷等有显著的升华现象。大气中水蒸气分压低于
4.6mmHg,气温降到0℃以下,水蒸气便直接凝华成冰晶为结霜。
。升华时粒子直接由点阵结构变为气体分子,一方面要克服粒子间的作用力做功,同时还要克服外界压强作功。使单位质量的物质升华时所吸收的热力做功,同时还要克服外界压强做功。使单位质量的物质升华时所吸收的热量称为升华
。
热,它等于汽化热与熔解热之和,即L
?L ?L
升熔 汽
升
例:已知冰、水和水蒸气在一密闭容器内(容器内没有任何其他物质),如能
三态平衡共存,则系统的温度和压强必定分别是t
?0.01℃和p
?4.58mmHg。
11升汽现有冰、水和水蒸气各1g处于上述平衡状态。若保持总体积不变而对此系统缓慢加热,输入的热量Q=0.255kJ。试估算系统再达到平衡后,冰、水和水蒸气的
1
1
升
汽
质量。已知此条件下冰的升华热L
?2.83kJg;水的汽化热L
?2.49kJg。
分析:L
?L ?L
熔升 汽
熔
?0.34kJ g。比较L
与Q的大小关系,判断出冰不能
熔全部熔化,物态变化过程中始终是三态共存且接近平衡,所以系统的温度和压强均不变。
熔
解:估算在题给温度和压强条件下水蒸气的密度
? ?Mp
汽 RT,M是水蒸气的摩
汽尔质量,代入数据,得?
汽
?5?10?3kgm3。
水 冰同样条件下水的密度? ?1?103kgm3,? ?0.9?103kgm3
水 冰
。水的三个状
态在质量相同条件下,水蒸气的体积远大于水和冰的体积之和。又已知冰熔化成水时体积变化不大。在总体积不变的条件下,完全可以认为这系统的物态变化中水蒸气的体积不变,也就是系统再次平衡时水蒸气的质量是1g。这样,系统的物态变化几乎完全是冰熔化为水的过程。
设再次平衡后冰、水、水蒸气的质量分别是x、y、z,则有
z=1gx+y=2g
Q?(1?x)L
熔
熔将Q、L 数值代入得x=0.25g,y=1.75g。
熔
水例:两个同样的圆柱形绝热量热器,高度均为h=75cm。第一个量热器1/3部分装有水,它是预先注入量热器内的水冷却而形成的:第二个量热器内1/3部分是温度t =10℃的水。将第二个量热器内的水倒入第一个量热器内时,结果它
水
们占量热器的2/3。而当第一个量热器内的温度稳定后,它们的高度增加了△
冰 水t=0.5cm。冰的密度? ?0.9? ,冰的熔解热?=340kJ/kg
冰 水
冰冰 水c ?2.1kJ/(kg?K),水的比热c ?4.2kJ/(kg?K)。求在第一个量热器内冰的初温t
冰
冰 水
水 冰解:如果建立热平衡后,量热器内物体的高度增加了,这意味着有部分水结冰了(结冰时水的体积增大),然后可以确信,并不是所有的水都结冰了,否则它的体积就要增大到?/??1.1
水 冰
? ??h??(1.1?1)?2.5
? ?
?3? ,其实按题意△t只有0.5cm,于是可以作出结论,在量热
器内稳定温度等于0℃。
利用这个条件,列出热平衡方程
①c m (t ?0)???m?c m (0?t
①
水 水 水 冰 冰 冰
冰式中t 是冰的初温,而△m是结冰的水的质量。
冰
水 冰前面已指出,在结冰时体积增大到? /?
水 冰
?? ?
??hS ???水 ?1 ??m
?
冰②? ?
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